KR102021841B1 - 열병합 발전 시스템 - Google Patents

Abstract

히트펌프의 냉난방 운전시 기화기에 상온의 물을 이용하여, 실제 사용 조건에서 높은 에너지 효율을 갖는 냉난방 수단을 제공하고, 냉난방 운전 과정에서 생산된 고온 및 저온 열원을 활용하여 전력을 생산하는, 열병합 발전 시스템이 제공된다. 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템은, 압축기와 팽창밸브를 이용하여 냉매를 순환시켜 저온의 기화부로부터 고온의 응축부로 열을 수송하는 것으로, 상기 기화부에서 저온의 냉수를 생산하고, 상기 응축부에서 고온의 온수를 생산하는, 히트펌프부; 열전변환소자의 고온 단부와 저온 단부 사이의 온도차에 의해 발생하는 기전력을 이용하여 전력을 생산하는 것으로, 상기 고온 단부와 접한 고온부와 상기 저온 단부와 접한 저온부에 상기 히트펌프 모듈에서 생산된 상기 온수와 상기 냉수가 각각 공급되는, 열전발전부; 및, 상기 고온부를 통과한 상기 온수의 적어도 일부와 상기 저온부를 통과한 상기 냉수의 적어도 일부가 혼합된 상온의 물을 상기 기화부에 공급하는 급수부를 포함한다.

Description

열병합 발전 시스템 {Cogeneration System Using Water}

본 발명은 소형화 가능한 열병합 발전 시스템에 관한 것이다. 좀 더 상세하게는 주택 또는 빌딩 등 소규모의 시설에서 냉난방 및 전력을 공급하는 열병합 발전 시스템에 관한 것이다.

본 발명은 히트펌프 냉난방 기술과 열전발전 기술을 활용한다.

종래의 히트펌프 난방기는 공기열을 열원으로 활용한다. 외부 공기의 열을 이용하여 냉매를 기화시키고, 기체 상태의 냉매를 압축기로 가압하여 난방열을 생산한다. 외부 공기의 열로부터 냉매의 기화열을 흡수하므로 난방열을 생산하는 데에 소비되는 에너지를 절감하는 효과가 있다.

그런데, 우리나라와 같이 계절 변화에 따라 외부 공기 온도의 변화 폭이 큰 환경에서는 높은 효율을 기대하기 어렵다. 정작 난방열이 가장 많이 필요한 겨울철에 외부 공기의 온도가 가장 낮으므로 에너지 효율이 다른 계절에 비해 떨어질 수밖에 없다. 히트펌프 냉난방기를 냉방 운전하는 경우에도, 냉방이 가장 많이 필요한 여름철에 외부 공기의 온도가 가장 높아 역시 에너지 효율이 떨어지는 요인이 된다.

열전발전은 열전반도체를 이용하여 열을 전기로 변환하는 것이다. 좀 더 구체적으로는 열전변환소자의 양단에 온도차이가 있을 때 소자 내부의 캐리어(carrier)가 이동함으로 기전력이 발생하는 것으로, 이른바 제백 효과(Seebeck Effect)를 이용하여 전력을 생산하는 발전 방식이다. 소각로나 각종 산업 설비 및 자동차 등에서 발생하는 폐열이나, 태양열, 지열, 하천수열과 같은 자연열에서도 직접 전력을 생산해 낼 수 있으며, 전기를 생산하는 과정에서 유해 가스를 배출하지 않을 뿐만 아니라 소음도 발생하지 않으며, 수명도 반영구적이어서, 청정 발전 장치로 최근에 각광받고 있다.

이러한 기술이 반영된 발명의 예로서, 연소 장치를 이용하여 열을 생산하는 설비에서 배기 계통에 열전발전 모듈을 적용하여 전력을 생산하는, "열전발전을 이용한 독립 전원 공급장치"(대한민국 공개특허공보 제10-2013-0081026호)가 제시된 바 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2013-0081026호 (2013.07.16) 대한민국 등록특허공보 제10-1336087호 (2013.11.27)

본 발명은 냉난방 운전시 기화기 부분에 상온의 물을 이용하여, 종래의 공기열 히트펌프 냉난방 설비에 비해 실제 사용 조건에서 더 높은 에너지 효율을 제공하는 냉난방 수단을 제공하는 데에 그 목적이 있다. 또한 그와 동시에 냉난방 운전 과정에서 생산된 고온 및 저온 열원을 활용하여 전력을 생산하는, 열병합 발전 시스템을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

전술한 과제의 해결을 위하여, 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템은, 압축기와 팽창밸브를 이용하여 냉매를 순환시켜 저온의 기화부로부터 고온의 응축부로 열을 수송하는 것으로, 상기 기화부에서 저온의 냉수를 생산하고, 상기 응축부에서 고온의 온수를 생산하는, 히트펌프부; 열전변환소자의 고온 단부와 저온 단부 사이의 온도차에 의해 발생하는 기전력을 이용하여 전력을 생산하는 것으로, 상기 고온 단부와 접한 고온부와 상기 저온 단부와 접한 저온부에 상기 히트펌프 모듈에서 생산된 상기 온수와 상기 냉수가 각각 공급되는, 열전발전부; 및, 상기 고온부를 통과한 상기 온수의 적어도 일부와 상기 저온부를 통과한 상기 냉수의 적어도 일부가 혼합된 상온의 물을 상기 기화부에 공급하는 급수부를 포함한다.

상기 기화부는, 상기 팽창밸브를 통과한 냉매가 유입되고 주변으로부터 열을 흡수하여 상기 냉매를 기화시켜 배출하는, 다수의 평판형 히트파이프; 및, 상기 다수의 평판형 히트파이프의 적어도 일부가 잠기도록 상기 급수부로부터 상온의 물을 공급받고, 상기 다수의 평판형 히트파이프에 의해 냉각된 냉수를 배출하는 기화 수조를 포함할 수 있다.

상기 응축부는 상기 급수부로부터 상온의 물을 공급받고, 상기 압축기에 의해 가압된 고온의 냉매로부터 열을 흡수하여 온수를 배출하는 열교환기를 포함할 수 있다.

상기 열전발전부는, 상기 고온 단부와 상기 온수가 흐르는 고온 유로가 열전도체를 통해 연결된 고온부 및, 상기 저온 단부와 상기 냉수가 흐르는 저온 유로가 열전도체를 통해 연결된 저온부를 포함할 수 있다.

상기 열전발전부는, 상기 고온 단부와 상기 온수가 일시적으로 저장되는 것으로 외부와 단열된 고온 축열조가 열전도체를 통해 연결된 고온부 및, 상기 저온 단부와 상기 냉수가 일시적으로 저장되는 것으로 외부와 단열된 저온 축열조가 열전도체를 통해 연결된 저온부를 포함할 수도 있다.

한편, 전술한 두 경우 중 어느 경우든, 상기 온수가 소비되거나 난방 열원으로 활용되는 고온 활용부가 상기 고온부와 상기 급수부 사이에 연결되고, 상기 냉수가 소비되거나 냉방 열원으로 활용되는 저온 활용부가 상기 저온부와 상기 급수부 사이에 연결될 수 있다.

상기 평판형 히트파이프는, 상부 금속판과 하부 금속판이 서로 면과 면을 마주하여 접합 된 것으로, 마주보는 두면 중 적어도 한 면에 그 면으로부터 소정의 깊이로 음각 가공된 선형 유로 패턴을 가질 수 있다. 이때, 상기 상부 금속판 및 상기 하부 금속판 중 음각 가공된 상기 선형 유로 패턴을 가지는 금속판은 두께가 약 0.4 mm 내지 1mm인 알루미늄판일 수 있다.

한편, 상기 평판형 히트파이프는, 상부 금속판과 하부 금속판이 서로 면과 면을 마주하여 접합 된 것으로, 상기 상부 금속판은 상기 하부 금속판과 마주보는 면에 그 면으로부터 소정의 깊이로 음각 가공된 제 1 선형 유로 패턴을 가지고, 상기 하부 금속판은 프레스 가공에 의해 상기 제 1 선형 유로 패턴을 따라 성형된 제 2 선형 유로 패턴을 가질 수 있다.

전술한 두 가지 경우 중 어느 쪽이든, 상기 상부 금속판과 상기 하부 금속판은 상기 유로를 제외한 나머지 부분이 양면 접착 필름으로 서로 접착될 수 있다.

본 발명은 주택이나 빌딩 등 소규모 시설에 적용될 수 있는 열병합 발전 설비에 관한 것으로서, 냉난방 기능을 수행함에 있어서 종래의 공기열 히트펌프 방식의 냉난방 설비에 비해 실제 사용 조건하에서 안정적으로 더 높은 에너지 효율을 제공하는 효과가 있다. 또한, 냉난방 운전 과정에서 생산된 고온 및 저온 열원을 활용하여 소음, 진동이나 유해 가스의 배출 없이 반영구적으로 전력 생산하는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 냉난방 운전시에 온수뿐만 아니라 냉수가 함께 생산되는데, 이 온수가 열전발전 모듈의 고온 열원으로 활용되고, 냉수가 저온 열원으로 활용되어, 고온부와 저온부 사이의 온도차를 확대시킴으로써, 열전발전 모듈의 전력 생산량을 증대시키는 유기적인 상승 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 열병합 발전 시스템의 구성을 개략적으로 보인다.
도 2는 상기 도 1의 실시예에 따른 시스템에서 냉매 순환 사이클을 보인다.
도 3은 상기 도 1의 실시예에 따른 시스템에서 기화 수조 내에 설치된 다수의 평판형 히트파이프를 보인다.
도 4는 상기 도 3의 실시예에서 평판형 히트파이프의 한 형태를 보인다.
도 5 내지 도 6은 평판형 히트파이프의 다양한 형태를 보인다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 열병합 발전 시스템이 주택에 적용된 예를 보인다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예를 설명한다. 실시예를 통해 본 발명의 기술적 사상이 좀 더 명확하게 이해될 수 있을 것이다. 또한, 본 발명은 이하에 설명된 실시예에 한정되는 것이 아니라 그 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 한편 동일한 도면 부호는 동일한 특성을 갖는 구성요소임을 나타내는 것으로서, 한 도면에 관한 설명에서 언급된 것과 동일한 도면 부호를 갖는 구성요소에 대한 설명은 다른 도면에 대한 설명에서는 생략될 수 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 열병합 발전 시스템의 구성을 개략적으로 보인다.

본 발명에 따른 열병합 발전 시스템(100)은, 개략적으로는 기화부(20, 120), 압축기(130), 열교환기(140), 및 팽창밸브(150)를 포함하는 히트펌프부(120~150)와, 열전발전부(160), 그리고 급수조(110)를 갖는 급수부 포함하여 구성된다. 상기 열병합 발전 시스템(100)에서 생산된 온수를 활용하는 고온 활용부(170)와 상기 온수와 함께 생산된 냉수를 활용하는 저온 활용부(190)는 상기 열전발전부(160)와 상기 급수조(110) 사이에 연결될 수 있다. 한편, 상기 열전발전부(160)의 출력단(168)은 주택 또는 건물 등에서 전력을 소모하는 전기부하(180)에 연결될 수 있고, 이들 사이에는 생산된 전력을 저장하는 축전지(181)를 포함할 수 있다.

상기 히트펌프부는 압축기(130)와 팽창밸브(150)를 이용하여 냉매를 순환시켜 저온의 기화부로부터 고온의 응축부로 열을 수송하는 것으로, 상기 기화부에서 저온의 냉수를 생산하고, 상기 응축부에서 고온의 온수를 생산한다. 좀 더 구체적으로, 상기 기화부는, 상기 팽창밸브(150)를 통과하여 감압 된 액체 상태의 냉매(m2)가 유입되고 주변으로부터 열을 흡수하여 상기 냉매를 기화시켜 배출하는 다수의 평판형 히트파이프(20)를 구비하고, 상기 다수의 평판형 히트파이프(20)를 수용하는 기화 수조(120)를 구비한다. 상기 기화 수조(120) 내에는 상기 다수의 평판형 히트파이프(20)의 적어도 일부가 잠기도록, 좀 더 바람직하게는 상기 다수의 평판형 히트파이프(20)의 주위가 물로 채워지도록 상기 급수부로부터 상온의 물(w1)이 공급된다. 상기 기화 수조(120) 내에서 상기 다수의 평판형 히트파이프(20)에 의해 냉각된, 그 온도가 5~10℃ 정도인 저온의 냉수(wc)는 전술한 열전발전부(160)로 공급된다.

상기 급수부는 상수도 아웃렛(112)으로부터 상온의 물을 공급받는 급수조(110)를 포함하며, 상기 급수조(110)는 상기 고온 활용부(170)를 거쳐 온도가 조금 낮아진 온수와 상기 저온 활용부(190)를 거쳐 온도가 조금 높아진 냉수가 혼합되는 냉온수 혼합조로서의 기능을 수행한다. 일반적으로 수도물의 온도는 여름철에 20~25℃ 정도이고, 겨울철에 5~10℃ 정도이다. 상기 급수부에서 상기 기화 수조(120)에 공급되는 상온의 물은 통상적인 냉난방 운전시에 15~30℃의 범위에서 유지되는 것이 바람직하나, 계절적 요인에 따라서 변동이 있을 수 있다.

한편, 상기 응축부를 구성하는 열교환기(140)에서는 상기 급수부로부터 공급된 상온의 물(w2)이 상기 압축기(130)에 의해 가압되어 온도가 높아진 냉매로부터 열을 흡수하여 가열된다. 그 결과 온도가 50~60℃ 정도인 고온의 온수(wh)가 상기 열전발전부(160)에 공급된다.

상기 열전발전부(160)는 p형 반도체와 n형 반도체가 전기적으로는 직렬 연결되고 열적으로는 병렬 연결된 구조의 열전변환소자들이 집적된 열전변환 모듈(162)을 포함한다. 상기 열전변환 모듈(162)은 그 고온 단부가 상기 열전발전부(160)의 고온부(161)와 열전도체를 통해 열적으로 연결되고, 그 저온 단부는 상기 열전발전부(160)의 저온부(163)과 열전도체를 통해 열적으로 연결된다. 상기 고온부(161)는 도시된 바와 같이, 상기 열교환기(140)로부터 공급된 고온의 온수(wh)가 흐르는 고온 유로(166)를 포함하고, 상기 저온부(163)는 상기 기화 수조(120)로부터 공급된 저온의 냉수(wc)가 흐르는 저온 유로(167)를 포함할 수 있다.

상기 열전변환 모듈(162)은 전술한 고온 단부와 저온 단부 사이의 온도체에 의해 상기 p형 반도체와 상기 n형 반도체의 양단에서 발생하는 열기전력을 이용하여 전력을 생산한다. 상기 열전변환 모듈(162)의 출력단(168)이 축전지(168)를 거쳐, 혹은 직접 전기부하(180)와 연결될 수 있음은 전술한 바와 같다. 상기 열전변환소자의 구체적인 구조나 반도체 재료 등에 대해서는, 열전발전 분야에서 상온 또는 중온 범위에서 활용될 수 있는 열전변환소자 재료 및 구조에 관하여 이미 알려진 기술을 적용할 수 있다. 열전변환 모듈(162)은 현재 기술 수준에서 10% 이상의 발전 효율의 달성이 가능한 것으로 알려져 있으며, 최근 반도체 등 전자재료 기술의 향상과 더불어 빠른 속도로 향상되고 있다.

전술한 실시형태와 달리 상기 열전발전부(160)에서 고온부(161)는 상기 온수가 일시적으로 저장되는 것으로 외부와 단열된 고온 축열조가 상기 고온 단부와 열전도체를 통해 연결된 형태로 구성되고, 상기 저온부(163)는 상기 냉수가 상기 냉수가 일시적으로 저장되는 것으로 외부와 단열된 저온 축열조가 상기 저온 단부와 열전도체를 통해 연결된 형태로 구성될 수도 있다.

한편, 상기 열전발전부(160)는 상기 고온 활용부(170) 및 상기 저온 활용부(190)와 상기 급수조(110) 사이에 배치될 수도 있다. 이 경우, 난방수 또는 냉방수로서의 기능을 마치고 실내 기온과 온도 차이가 작아 활용도가 낮아진 온수 및 냉수를 이용하여 전력을 생산할 수 있다는 점에서 장점이 있다. 예를 들어, 겨울철에는 고온 활용부(170)인 난방 배관을 거친 온수의 온도가 실온에 비슷하게 낮아진다. 하지만, 겨울철에는 냉방 수요가 없어 저온 열원인 냉수의 온도가 평소보다 낮게 유지되기 때문에 발전에 필요한 온도차가 유지될 수 있다. 마찬가지로, 여름철에는 저온 활용부(190)인 냉방 배관을 거친 냉수의 온도가 실온에 비슷하게 높아진다. 하지만, 여름철에는 난방 수요가 없어 고온 열원인 온수의 온도가 평소보다 높게 유지되기 때문에 역시 발전에 필요한 온도차가 유지될 수 있다.

전술한 실시예들에서 열전발전의 열원으로서, 그리고 고온 열원 또는 저온 열원으로서의 역할을 다한 물은 상기 급수조(110)에서 서로 혼합되어 상온의 물로서 상기 기화 수조(120) 또는 상기 열교환기(140)로 공급될 수 있다. 이때, 급탕 등의 용도로 소실된 물은 상수도 아웃렛(112)을 통해 보충될 수 있다.

도 2는 상기 도 1의 실시예에 따른 시스템에서 냉매 순환 사이클을 보인다. 본 도면을 참조하여 냉매 순환 관점에서 전술한 히트펌프부의 구성을 살펴본다.

먼저, 기화부 내의 평판형 히트파이프 내에서 냉매의 기화가 이루어진다. 냉매는 기화열을 전술한 기화 수조(120) 내의 상온의 물로부터 흡수한다. 상기 상온의 물은 수도물일 수 있다. 좀 더 구체적으로는, 전술한 열병합 발전 시스템 내에서 한 사이클을 마치고 냉온수가 급수조에서 혼합된 물과 상수도 아웃렛에서 공급된 물이 혼합된 것일 수 있다. 이러한 상온의 물은 일반적으로 공기열 히트펌프의 난방 운전시에 기화열을 공급하는 외부 공기(겨울철의 찬 공기)에 비해 그 온도가 높고 안정적이다.

상기 기화부에서 기화된 저온/저압 기체 상태의 냉매는 상기 압축기(130)에 의해 가압되어 고온/고압의 기체 상태가 되어 응축부를 구성하는 열교환기(140)에 공급된다. 열교환기(140)에서는 상기 고온/고압 냉매의 열에너지가 상온의 물에 전달되어 냉매는 저온/고압의 액체 상태로 배출되고, 상온의 물은 고온의 온수가 되어 배출된다. 저온/고압의 액체 상태인 냉매는 팽창밸브(150)를 거쳐 저온/저압의 액체 상태가 되고, 다시 상기 기화 수조(120) 내의 평판형 히트파이프로 순환된다.

한편, 본 실시예에 따르면, 히트펌프부 내에서 냉매는 냉방 운전 시에도 위와 같은 방향으로 열을 수송하며 순환될 수 있다. 냉방 운전시에 상기 냉매가 아니라 상기 기화부에서 냉각된 냉수가 저온 열원으로 활용될 수 있기 때문이다. 종래의 냉난방 겸용 공기열 히트펌프 시스템에 비해 계절에 따른 냉매의 기화 온도 변화가 극히 적기 때문에 냉매의 선택에 매우 유리하다. 이점은 본 발명의 열병합 발전 시스템에서 열전발전부를 통한 전력 생산량을 감안하지 않더라도, 히트펌프부 자체의 에너지 효율 향상으로 연결될 수 있다.

도 3은 상기 도 1의 실시예에 따른 시스템에서 기화 수조 내에 설치된 다수의 평판형 히트파이프를 보인다.

도시된 것 바와 같이, 기화 수조(120) 내부에 다수의 평판형 히트파이프(20)는 서로서로 소정의 간격을 두고 평행하게 배치될 수 있다. 상기 다수의 평판형 히트파이프(20)는 각각의 냉매 입구(231)들이 냉매 배관을 통해 서로 병렬적으로 연결되고, 각각의 냉매 출구(232)들 역시 냉매 배관을 통해 서로 병렬적으로 연결될 수 있다. 다만, 상기 다수의 평판형 히트파이프(20) 사이의 연결 방식은 전술한 병렬 연결로 한정되지 않는다. 직렬 연결도 가능하다. 다수의 평판형 히트파이프(20)를 몇 개의 그룹으로 나누어 그룹과 그룹 사이에는 병렬로 그룹 내에서는 직렬로 연결하는 것도 가능하다.

도 4는 상기 도 3의 실시예에서 평판형 히트파이프의 한 형태를 보인다.

상기 평판형 히트파이프(20)는 도시된 바와 같이, 두 장의 금속판 즉, 상부 금속판(21)과 하부 금속판(22)이 서로 접합된 형태로 구성될 수 있다. 이때, 상기 두 금속판 사이에는 냉매가 순환될 수 있는 유로(23)가 형성된다. 상기 두 금속판(21, 22)은 양면 접착 필름을 매개로 접합될 수 있으며, 용접이나 솔더링 등 다양한 수단을 통한 접합도 가능하다. 상기 유로(23)의 구체적인 구조에 대해서는 뒤에서 좀 더 자세히 살펴보기로 한다.

상기 상부 금속판(21)과 상기 하부 금속판(22)은 바람직하게는 알루미늄 판으로 이루어질 수 있다. 상부 금속판(21)은 두께 약 0.4mm 내지 1mm 정도의 알루미늄판으로 이루어질 수 있고, 하부 금속판(22)은 상기 상부 금속판(21)의 두께와 비슷하거나 더 얇은 두께의 알루미늄 판으로 이루어질 수 있다. 알루미늄판은 열전도성이 우수하고, 가공이 용이하며, 재료비가 싸다는 점에 장점이 있다. 이와 같은 조건을 충족하는 다른 금속판으로의 대체도 가능하다. 또한, 도면에 도시되지는 않았으나 상기 상부 금속판(21)과 상기 하부 금속판(22) 중 어느 하나 또는 모두는 그 표면에 물과의 접촉 면적을 넓히기 위한 돌기 구조물을 가질 수도 있다.

도 5는 한 실시형태에 따른 평판형 히트파이프의 단면을 보인다.

먼저, 도 5의 (a)를 참조하면, 상기 평판형 히트파이프(20A)는, 상부 금속판(21A)과 하부 금속판(22A) 사이에 형성된 것으로 작동 유체가 흐르는 유로(23A)를 갖는데, 상기 유로(23A)는 상부 금속판(21A)과 하부 금속판(22A)의 서로 마주보는 면에 각 면으로부터 소정의 깊이로 음각 가공된 한 쌍의 선형 유로 패턴(213A, 223A)에 의해 형성된 모습을 보인다. 상기 상부 금속판(21A)과 하부 금속판(22A)의 사이에서 상기 유로(23A)를 제외한 부분은 서로 양면 접착 필름(25) 또는 접착제 등을 매개로 접합 될 수 있다.

상기 선형 유로 패턴(213A, 223A)은 일종의 CNC 가공을 통해 형성될 수 있다. 좀 더 구체적으로, 얇은 두께의 금속판에 일정한 깊이의 선형 음각 패턴을 가공하기 위해서는 본 출원인의 특허 기술인 대한민국 등록특허 제10-1336087호, '판의 가공 장치 및 판의 가공 방법'에 개시된 기술을 사용할 수 있다.

한편, 상기 상부 금속판(21A)의 상면(211)에는 전술한 바와 같이 방열핀 등의 방열 구조물이 마련될 수도 있다. 상기 상부 금속판(21A) 및 상기 하부 금속판(22A)의 표면은 부식 방지를 위해 애노다이징(Anodizing) 될 수도 있다. 내식성을 높이기 위한 도료로 코팅될 수도 있다.

다음으로, 도 5의 (b)를 참조하면, 본 실시예에 따른 평판형 히트파이프(20B)도 상부 금속판(21B)과 하부 금속판(22B) 사이에 형성된 것으로 냉매가 흐르는 유로(23B)를 갖는데, 상기 유로(23B)는 상부 금속판(21B)과 하부 금속판(22B)의 서로 마주보는 두면 중에서 어느 한 면, 예컨대 하부 금속판(22B)의 내측면으로부터 소정의 깊이로 음각 가공된 선형 유로 패턴(223B)에 의해 형성될 수 있다. 이 경우에도 상기 상부 금속판(21B)과 하부 금속판(22B)의 사이에서 상기 유로(23B)를 제외한 부분은 서로 양면 접착 필름(25) 또는 접착제 등을 매개로 접합 될 수 있다.

도 6은 다른 실시 형태에 따른 평판형 히트파이프의 단면을 보인다.

도 6의 (a)를 참조하면, 본 실시예에 따른 평판형 히트파이프(20C)는 그 상면이 평면인 상부 금속판(21C)과의 사이에 유로(23C)를 형성하며 접합 된 하부 금속판(22C)을 갖는데, 상기 상부 금속판(21C)은 상기 하부 금속판(22C)과 마주보는 면에 그 면으로부터 소정의 깊이로 음각 가공된 제 1 선형 유로 패턴(213C)을 가지고, 상기 하부 금속판(22C)은 프레스 가공에 의해 상기 제 1 선형 유로 패턴(213C)을 따라 성형된 제 2 선형 유로 패턴(224C)을 가지는 것일 수도 있다. 이 경우에도 상기 두 금속판(21C, 22C) 사이에서 상기 유로(23C)를 제외한 부분은 접착 필름(25) 또는 접착제 등으로 접합 될 수 있다.

도 6의 (b)를 참조하면, 평판형 히트파이프(20D)에서 유로(23D)는 전술한 도 3 (a)의 실시예와 달리, 프레스 가공에 의해 하부 금속판(22D)에 형성된 제 2 선형 유로 패턴(224D)만으로 형성될 수도 있다.

도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 열병합 발전 시스템이 주택에 적용된 예를 보인다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 열병합 발전 시스템은 소형화에 적합하게 구성되어 소규모의 주택(200)에도 설치될 수 있다. 주택(200)에 설치될 경우, 종래의 공기열 히트펌프 냉난방 시스템과 같이 실외에 기화기(응축기)가 설치될 필요가 없기 때문에 건물의 외관을 해칠 염려가 없다.

본 발명에 따른 열방합 발전 시스템(100)은 주택의 상수도 아웃렛(112)과 연결되어 수도물을 공급받는다. 그러나 상기 열병합 발전 시스템(100)은 그 자체가 물을 소비하지는 않는다. 상온의 물, 예컨대 수도물을 이용하여 난방 또는 급탕용의 온수를 생산하고, 냉방용으로 사용될 수 있는 수준의 냉수를 생산하며, 이들을 냉난방 용도로 사용하기 전 또는 후에 이들의 온도차를 이용하여 전력을 생산한다. 이렇게 생산된 온수는 보일러(171)와 연계된 보일러 배관 등의 고온 활용부(170)에 최고 50~60℃ 수준의 온도로 공급될 수 있다. 생산된 냉수는 냉방 장치 등의 저온 활용부(190)에 약 5~10℃ 수준의 온도로 공급될 수 있다. 또한, 생산된 전력은 주택의 전력 공급 계통(182)에 연결되어 조명 등 전기부하(180)에 공급될 수 있으며, 잉여 전력을 저장하는 축전지(181)도 구비될 수 있다.

20: 평판형 히트파이프
21: 상부 금속판 22: 하부 금속판
100: 열병합 발전 시스템 110: 급수조
112: 상수도 급수 탭 120: 기화 수조
130: 압축기 140: 열교환기
150: 팽창밸브 160: 열전발전부
161: 고온부 162: 열전변환 모듈
163: 저온부 170: 고온 활용부
180: 전기부하 190: 저온 활용부

Claims (10)

1. 압축기와 팽창밸브를 이용하여 냉매를 순환시켜 저온의 기화부로부터 고온의 응축부로 열을 수송하는 것으로, 상기 기화부에서 저온의 냉수를 생산하고, 상기 응축부에서 고온의 온수를 생산하는, 히트펌프부;
   열전변환소자의 고온 단부와 저온 단부 사이의 온도차에 의해 발생하는 기전력을 이용하여 전력을 생산하는 것으로, 상기 고온 단부와 접한 고온부와 상기 저온 단부와 접한 저온부에 상기 히트펌프부에서 생산된 상기 온수와 상기 냉수가 각각 공급되는, 열전발전부; 및,
   상기 고온부를 통과한 상기 온수의 적어도 일부와 상기 저온부를 통과한 상기 냉수의 적어도 일부가 혼합된 상온의 물을 상기 기화부에 공급하는 급수부; 를 포함하고,
   상기 기화부는, 주변으로부터 열을 흡수하여 상기 팽창밸브를 통과하여 유입된 냉매를 기화시켜 배출하는, 다수의 평판형 히트파이프; 및, 상기 다수의 평판형 히트파이프의 적어도 일부가 잠기도록 상기 급수부로부터 상온의 물을 공급받고, 상기 다수의 평판형 히트파이프에 의해 냉각된 냉수를 배출하는 기화 수조; 를 포함하며,
   상기 평판형 히트파이프는, 상부 금속판과 하부 금속판이 서로 면과 면을 마주하여 접합된 것으로, 마주보는 두면 중 적어도 한 면에 그 면으로부터 소정의 깊이로 음각 가공된 선형 유로 패턴을 가지고, 상기 상부 금속판 및 상기 하부 금속판 중 음각 가공된 상기 선형 유로 패턴을 가지는 금속판은 두께가 0.4 mm 내지 1mm인 알루미늄판인,
   열병합 발전 시스템.
2. 압축기와 팽창밸브를 이용하여 냉매를 순환시켜 저온의 기화부로부터 고온의 응축부로 열을 수송하는 것으로, 상기 기화부에서 저온의 냉수를 생산하고, 상기 응축부에서 고온의 온수를 생산하는, 히트펌프부;
   열전변환소자의 고온 단부와 저온 단부 사이의 온도차에 의해 발생하는 기전력을 이용하여 전력을 생산하는 것으로, 상기 고온 단부와 접한 고온부와 상기 저온 단부와 접한 저온부에 상기 히트펌프부에서 생산된 상기 온수와 상기 냉수가 각각 공급되는, 열전발전부; 및,
   상기 고온부를 통과한 상기 온수의 적어도 일부와 상기 저온부를 통과한 상기 냉수의 적어도 일부가 혼합된 상온의 물을 상기 기화부에 공급하는 급수부; 를 포함하고,
   상기 기화부는, 주변으로부터 열을 흡수하여 상기 팽창밸브를 통과하여 유입된 냉매를 기화시켜 배출하는, 다수의 평판형 히트파이프; 및, 상기 다수의 평판형 히트파이프의 적어도 일부가 잠기도록 상기 급수부로부터 상온의 물을 공급받고, 상기 다수의 평판형 히트파이프에 의해 냉각된 냉수를 배출하는 기화 수조; 를 포함하며,
   상기 평판형 히트파이프는,
   상부 금속판과 하부 금속판이 서로 면과 면을 마주하여 접합된 것으로, 상기 상부 금속판은 상기 하부 금속판과 마주보는 면에 그 면으로부터 소정의 깊이로 음각 가공된 제 1 선형 유로 패턴을 가지고, 상기 하부 금속판은 프레스 가공에 의해 상기 제 1 선형 유로 패턴을 따라 성형된 제 2 선형 유로 패턴을 가지는,
   열병합 발전 시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 온수가 소비되거나 난방 열원으로 활용되는 고온 활용부가 상기 고온부와 상기 급수부 사이에 연결되고,
   상기 냉수가 소비되거나 냉방 열원으로 활용되는 저온 활용부가 상기 저온부와 상기 급수부 사이에 연결되며,
   상기 히트펌프부는 냉방 운전시 및 난방 운전시에 상기 냉매를 동일한 방향으로 순환시키며 상기 기화부로부터 상기 응축부로 열을 수송하는,
   열병합 발전 시스템.
4. 압축기와 팽창밸브를 이용하여 냉매를 순환시켜 저온의 기화부로부터 고온의 응축부로 열을 수송하는 것으로, 상기 기화부에서 저온의 냉수를 생산하고, 상기 응축부에서 고온의 온수를 생산하는, 히트펌프부;
   열전변환소자의 고온 단부와 저온 단부 사이의 온도차에 의해 발생하는 기전력을 이용하여 전력을 생산하는 것으로, 상기 고온 단부와 접한 고온부와 상기 저온 단부와 접한 저온부에 상기 히트펌프부에서 생산된 상기 온수 또는 상기 냉수가 각각 공급되는, 열전발전부; 및,
   상기 고온부를 통과한 상기 온수의 적어도 일부와 상기 저온부를 통과한 상기 냉수의 적어도 일부가 혼합된 상온의 물을 상기 기화부에 공급하는 급수부; 를 포함하고,
   상기 기화부는, 주변으로부터 열을 흡수하여 상기 팽창밸브를 통과하여 유입된 냉매를 기화시켜 배출하는, 다수의 평판형 히트파이프; 및, 상기 다수의 평판형 히트파이프의 적어도 일부가 잠기도록 상기 급수부로부터 상온의 물을 공급받고, 상기 다수의 평판형 히트파이프에 의해 냉각된 냉수를 배출하는 기화 수조; 를 포함하며,
   상기 평판형 히트파이프는, 상부 금속판과 하부 금속판이 서로 면과 면을 마주하여 접합된 것으로, 마주보는 두면 중 적어도 한 면에 그 면으로부터 소정의 깊이로 음각 가공된 선형 유로 패턴을 가지고, 상기 상부 금속판 및 상기 하부 금속판 중 상기 선형 유로 패턴을 가지는 금속판은 상기 선형 유로 패턴 내부의 냉매와 외부의 물 사이에 단일 금속 부재를 통해 열이 전도되도록 일체로 형성되고,
   상기 온수가 소비되거나 난방 열원으로 활용되는 고온 활용부가 상기 고온부와 상기 급수부 사이에 연결되고, 상기 냉수가 소비되거나 냉방 열원으로 활용되는 저온 활용부가 상기 저온부와 상기 급수부 사이에 연결되며, 상기 히트펌프부는 냉방 운전시 및 난방 운전시에 상기 냉매를 동일한 방향으로 순환시키며 상기 기화부로부터 상기 응축부로 열을 수송하는,
   열병합 발전 시스템.
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제

Images